Este documento explica las bandas de energía en los semiconductores. Describe cómo las bandas de energía se forman a medida que los átomos se acercan en un cristal semiconductor, resultando en una banda de valencia, una banda prohibida y una banda de conducción. También explica cómo los semiconductores intrínsecos y extrínsecos difieren en la concentración de portadores debido a la presencia o ausencia de impurezas.

1. Fernando Martin Gómez Santos

2. Bandas de energía de semiconductores
Supongamos una red cristalina formada por átomos de silicio (o cualquier mezcla de las mencionadas).
Cuando los átomos están aislados, el orbital s (2 estados con dos electrones) y el orbital p (6 estados con
2 electrones y cuatro vacantes) tendrán una cierta energía Es y Ep respectivamente (punto A).
A medida que disminuye la distancia interatómica comienza a observarse la interacción mutua entre los
átomos, hasta que ambos orbitales llegan a formar, por la distorsión creada, un sistema electrónico
único. En este momento tenemos 8 orbitales híbridos sp3 con cuatro electrones y cuatro vacantes (punto
B).
Si se continua disminuyendo la distancia interatómica hasta la configuración del cristal, comienzan a
interferir los electrones de las capas internas de los átomos, formándose bandas de energía (punto C).
Las tres bandas de valores que se pueden distinguir son:
 Banda de Valencia. 4 estados, con 4 electrones.
 Banda Prohibida. No puede haber electrones con esos valores de energía en el cristal.
 Banda de Conducción. 4 estados, sin electrones.

3. Semiconductor
Elemento que se comporta como conductor o como aislante dependiendo del campo
eléctrico en el que se encuentre. Los elementos químicos semiconductores de la tabla
periódica se indican en la tabla siguiente.

4. Definición
Se dice que un semiconductor es “intrínseco” cuando se encuentra en estado puro, o sea, que
no contiene ninguna impureza, ni átomos de otro tipo dentro de su estructura. En ese caso,
la cantidad de huecos que dejan los electrones en la banda de valencia al atravesar la banda
prohibida será igual a la cantidad de electrones libres que se encuentran presentes en la
banda de conducción.

5. Semiconductores intrínsecos
Cuando un semiconductor se calienta los
electrones de valencia ganan energía de la red
y pasan a la banda de conducción , dejando
estados vacantes o huecos en la banda de
valencia.
Por lo tanto podemos afirmar que la
concentración de portadores intrínsecos
aumenta con la temperatura.
También es necesario indicar que la
concentración depende de la energía de la
banda prohibida.

6. La conductividad
El estado vacante de un electrón puede considerarse como un hueco positivo , el
cual tiene movilidad, contrario al movimiento de los electrones

7. Concentración de Carga
Es un semiconductor intrínseco , en equilibrio térmico, la concentración
de electrones en la banda de conducción Ne es igual a la de los huecos en
La banda de valencia Nh es decir Ne= Nh

8. Bandas de los semiconductores intrínsecos

9. Fernando Martin Gómez Santos

10. Definición
Si a un semiconductor intrínseco, como el anterior, se le añade un pequeño porcentaje de
impurezas, es decir, elementos trivalentes o pentavalentes, el semiconductor se denomina
extrínseco, y se dice que está dopado. Evidentemente, las impurezas deberán formar parte de
la estructura cristalina sustituyendo al correspondiente átomo de silicio. Hoy en dia se han
logrado añadir impurezas de una parte por cada 10 millones, logrando con ello una
modificación del material.

11. Semiconductores extrínsecos tipo n
Son los que están dopados, con elementos pentavalentes, como por ejemplo (As, P, Sb). Que
sean elementos pentavalentes, quiere decir que tienen cinco electrones en la última capa, lo
que hace que al formarse la estructura cristalina, un electrón quede fuera de ningún enlace
covalente, quedándose en un nivel superior al de los otros cuatro. Como consecuencia de la
temperatura, además de la formación de los pares e-h, se liberan los electrones que no se
han unido. Como ahora en el semiconductor existe un mayor número de electrones que de
huecos, se dice que los electrones son los portadores mayoritarios, y a las impurezas se las
llama donadoras. En cuanto a la conductividad del material, esta aumenta de una forma muy
elevada, por ejemplo; introduciendo sólo un átomo donador por cada 1000 átomos de silicio,
la conductividad es 24100 veces mayor que la del silicio puro.

12. Semiconductores extrínsecos de tipo p
En este caso son los que están dopados con elementos trivalentes, (Al, B, Ga, In).
El hecho de ser trivalentes, hace que a la hora de formar la estructura cristalina,
dejen una vacante con un nivel energético ligeramente superior al de la banda de
valencia, pues no existe el cuarto electrón que lo rellenaría.
Esto hace que los electrones salten a las vacantes con facilidad, dejando huecos en
la banda de valencia, y siendo los huecos portadores mayoritarios.

13. La energía de Fermi en los semiconductores Extrínsecos
Para los semiconductores tipo N, la energía de Fermi se ubica muy cerca de la banda de
conducción, de acuerdo a la distribución de Fermi – Dac, significa que existe una mayor
probabilidad de encontrar electrones en la banda de conducción que huecos en la banda de
valencia

14. Diferencia entre un semiconductor Intrínseco e Extrínseco
Semiconductores intrínsecos: un semiconductor intrínseco es un semiconductor puro,
cuando se le aplica una tensión externa los electrones libres fluyen hacia el terminal positivo
de la batería y los huecos hacia el terminal negativo de la batería. semiconductor extrínseco:
es aquel que se puede dopar parta tener un exceso de electrones libres o un exceso de huecos.
aquí encontraremos dos tipos de unión en el que es la unión tipo p y la unión tipo n.
Sucede que los semiconductores intrínsecos actúan como un aislante en el caso del silicio
cuando es un cristal puro, ahora cuando lo dopamos con impurezas se llega al material
extrínseco y en ese caso tendremos un material semiconductor por ejemplo un diodo.

15. Difusión de huecos y electrones

16. Fuentes de información
 http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductor
 http://es.answers.yahoo.com/question/index?qid=2008071
8153722AAHFDSj
 http://enciclopedia.us.es/index.php/Semiconductor
 http://fisicauva.galeon.com/aficiones1925813.html
 http://www.asifunciona.com/fisica/ke_semiconductor/ke_
semiconductor_4.htm
 http://ocw.ehu.es/ensenanzas-tecnicas/electronica-
general/teoria/tema1